在软土地区的基坑开挖过程中,坑内土体的开挖不仅将引发坑底隆起及围护墙位移,还将导致坑外土体产生水平位移与竖向沉降,而坑外土体的位移将对周边环境产生重要影响,尤其是市中心区域的基坑工程,在基坑周边往往密布着建筑物、市政道路及管线等,对基坑变形的控制提出了极其严格的要求,环境保护等级很高。因此,为了保证基坑工程施工的顺利进行,并有效地保护周边环境安全,有必要对坑外土体位移,尤其是坑外土体的沉降进行研究。在对基坑变形特点、机理及影响因素进行总结的基础上,本文深入分析了现有的坑外地表及深层土体位移经验预测方法的特点,并利用数值分析方法对基坑开挖所引发的坑外土体位移进行探讨,主要工作内容包括:(1)通过对基坑开挖过程的有限元数值模拟可知,当围护结构发生正向转动、反向转动及挠曲等三种基本变形模式时,坑外地表沉降分布具有较为明显的规律,均可采用统一格式的指数曲线进行模拟,从而得到坑外地表沉降曲线的经验公式;同时,对于三种基本变形模式,坑外深层土体的水平及竖向位移也存在规律性分布,亦可采用经验曲线进行拟合。(2)利用正向转动、反向转动及挠曲等三种基本变形模式对围护结构的任意变形模式进行拟合,求得三种基本模式的最大位移值,然后根据三种基本模式所对应于的坑外地表沉降经验曲线求得每一基本模式所对应的坑外地表沉降分量,并进行叠加,从而求得坑外地表沉降分布曲线。(3)采用与坑外地表沉降分布曲线预测相似的方法,利用正向转动、反向转动及挠曲等三种基本变形模式对围护结构的侧移曲线进行拟合,求得三种基本模式的最大位移值,然后根据三种基本模式所对应于的坑外水平及竖向位移曲线分布,求得每一基本模式所对应的坑外水平及竖向位移分量,并进行叠加,从而求得坑外深层任意点的土体水平及竖向位移。(4)在对实际基坑工程的地表沉降实测数据分析的基础上,提出了既可以考虑趋势时间序列,又具有高度非线性拟合性能的时序-投影寻踪回归模型,具有很好的实用性,可为深基坑工程的坑外地表沉降动态预测提供一条较好的途径,对基坑的信息化施工及围护结构的动态设计与等方面具有重要的参考价值。
